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etit-itat-cheatsheet/sheet.typ

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+#import "@preview/fletcher:0.5.1" as fletcher: diagram, node, edge, shapes
+#import "@preview/bob-draw:0.1.0": *
+
+#show link: it => [#text(blue)[#underline[#it]]]
+
+#set page(
+  header: box(width: 1fr, stroke: (bottom: 1pt), outset: (bottom: 3pt), [
+  #link("https://source.orangerot.dev/university/itat-etit-cheatsheet")\
+  #smallcaps[Informations- und Automatisierungstechnik, ETIT]
+  #h(1fr)
+  _Gero Beckmann_ \
+  ]),
+  footer: [
+  ]
+)
+// #set heading(numbering: "1.1")
+
+= Informationstechnik
+
+#grid(columns: 2 * (1fr,),
+[
+== Qualitätskriterien für Software
+
+- Correctness
+- Availability
+- Reliability
+- Safety
+- Security
+- Robustness
+],
+[
+==== Interne Qualitätsfaktoren von Software
+
+- Effizienz
+- Erweiterbarkeit
+- Kompatibilität
+- Portierbarkeit
+- Wartbarkeit
+- Wiederverwendbarkeit
+]
+)
+
+#grid(columns: 2 * (1fr,), 
+[
+== Programmierparadigmen 
+
+#table(columns: 2, 
+  [Imperativ], [Assembly],
+  [Prozedural], [C],
+  [Funktional], [Haskell], 
+  [Logikbasiert], [Prolog], 
+  [Objektorientiert], [Java]
+)
+],[
+== Fließkommazahlen
+$ X = V_Z dot 1,m dot 2^(c - 127) $
+float32 $~ 2 dot 2^127$
+#table(
+  columns: 3,
+  [Sign[1]], [Characterstik[8]], [Mantisse[23]]
+)
+double64 $~ 2 dot 2^1023$
+#table(
+  columns: 3,
+  [Sign[1]], [Characterstik[11]], [Mantisse[52]]
+)
+]
+)
+
+*Projekt:* 
+Einmaligkeit, Zielvorgabe, Abgrenzung zu andren Vorhaben, Begrenzungen, Organisationsform
+
+#grid(columns: 2*(1fr,), [
+== Programmablaufplan
+#diagram(node-stroke: 1pt, node((0,0), [Start], shape: shapes.pill))
+#diagram(node-stroke: 1pt, node((0,0), [Verarbeitung], shape: shapes.rect))
+#diagram(node-stroke: 1pt, node((0,0), [Ein-/Ausgabe], shape: shapes.trapezium.with(angle: -10)))
+#diagram(node-stroke: 1pt, node((0,0), [Verzweigung], shape: shapes.diamond))
+],[
+
+=== Nassi-Schnreidermann
+#image(height: 4cm, "assets/nassi.png")
+])
+
+#v(-.3cm)
+#grid(columns: 2*(1fr,), column-gutter: .2cm, [
+== Hashfunktionen
+
+$
+"prob"(i) &= (m - (i - 1)) / m = (7 - (4 - 1)) / 7 = 0,57 \ 
+          & "Beispiel für 4. Element von 7"
+$
+
+=== Umgang mit Kollisionen beim Hashing
+==== Verkettete Liste
+Sofortiges Kopieren / Verzögertes Kopieren
+
+- neue Tabelle tab' mit dopperter Größe m' sobald Füllstand von tab überschritten
+- Bei Zugriff: übertrage Elemente mit kleinstem Index min von tab zu tab' und aktualisieren min
+- Falls $h(k) = k mod m <= min$ greife auf tab' mit $h'(k) = k mod m'$ sonst
+  greife auf tab mit $h(k) = k mod m$
+- ersetze tab' mit tab sobald tab leer ist.
+
+],[
+==== Sondieren 
+
+- lineares Sondieren $h_i(x) = (h(x) + i) mod m$
+- quadratisches Sondieren $h_i(x) = (h(x) + i^2) mod m$
+
+==== Doppeltes Hashen
+
+- $h(k,i) = (h_1(k) + i dot h_2(k)) mod m$
+- $h_1(k) = k mod m$
+- $h_2(k) = 1 + (k mod m')$
+
+Universale Hashfunktion
+
+$
+(abs({h in H mid(|) h(x) = h(y)})) / abs(H) <= 1/m
+$
+
+])
+
+== Automatisierungstechnik
+
+==== SPS Speicherprogrammierbare Steuerung
+#render(```
+        /_    "PAE (Prozessabbild der Eingänge), PAA (Prozessabbild der Ausgänge)"
+         /  
++-----+-v-----------+-----+----------+-----+-------------+-|---+
+| PAE | Applikation | PAA | Watchdog | PAE | Applikation | PAA |
+|-----+-:-----------+-----+----------|-----+-------------+-:---+
++<------:----Zykluszeit------------->+                     :
+        +<-----------------Latenzzeit--------------------->+
+```)
+
+==== AT-Pyramide
+
+#table(columns: 2, 
+[ERP - Enterprise Resource Planung], [Level 4: Unternehmensebene],
+[MES - Management Execution System], [Level 3: Betriebsebene],
+[SCADA - Supervisory, Control and Data Aquisiton], [Level 2: (Prozess-)Leitebene],
+[SPS - Industrial Controller, SPS, Embedded System], [Level 1: Steuerungsebene],
+[Ein-/Ausgangssignale - Sensoren, Aktoren, Kommunikationssysteme], [Level 1: Feldebene],
+[Fertigung / Produktionsprozess], [Level 0: Prozessebene]
+)
+
+*Kontinuierliche Prozesse*: Ständiger Zu- und Abfluss von Material/Energie \
+*Diskontinuierliche Prozesse*: Stückprozesse, Chargenprozesse (Wasser in Flaschen)
+
+=== Petri-Netze / Ablaufsprache
+
+// #render(```
+//                 ,-.                           ,-.                                                              
+//             ,->(   )-.                ,->|-->(   )->|-.                                                         
+//   ,-.      /    `-'   V.        ,-.  /        `-'      V.                                                        
+//  ((_)) ->|+            |->     ((_))                    |->                                                     
+//   `-'      \    ,-.   ^'        `-'  \        ,-.      ^'                                                         
+//             '->(   )_/                '->|-->(   )->|_/                                                           
+//                 `-'                           `-'   '                                                          
+// ```)
+
+#grid(columns: 2, column-gutter: 1cm,
+    diagram(
+      node-stroke: 1pt,
+      edge-stroke: 1pt,
+      node((0,0), none, radius: 0.4cm, extrude: (0, 4), fill: black),
+      node((1,0), height: 1cm, stroke: 3pt),
+      node((2,0.5), none, radius: .5cm),
+      node((2,-0.5), none, radius: .5cm),
+      node((3,0), height: 1cm, stroke: 3pt),
+      node((4,0), none, radius: .5cm),
+      edge((0,0), (1,0), marks: (none, "straight")),
+      edge((1,0), (2,0.5), marks: (none, "straight")),
+      edge((1,0), (2,-0.5), marks: (none, "straight")),
+      edge((2,0.5), (3,0), marks: (none, "straight")),
+      edge((2,-0.5), (3,0), marks: (none, "straight")),
+      edge((3,0), (4,0), marks: (none, "straight"))
+      ),
+    diagram(
+      node-stroke: 1pt,
+      edge-stroke: 1pt,
+      node((0,0), [Init], inset: 10pt, extrude: (0, -4)),
+      node((1,0.5), height: 1cm, stroke: 3pt),
+      node((1,-0.5), height: 1cm, stroke: 3pt),
+      node((2,0.5), [Schritt0]),
+      node((2,-0.5), [Schritt1]),
+      node((3,0.5), height: 1cm, stroke: 3pt),
+      node((3,-0.5), height: 1cm, stroke: 3pt),
+      node((4,0), [Schritt2]),
+      edge((0,0), (1,0.5)),
+      edge((0,0), (1,-0.5)),
+      edge((1,0.5), (2,0.5)),
+      edge((1,-0.5), (2,-0.5)),
+      edge((2,0.5), (3,0.5)),
+      edge((2,-0.5), (3,-0.5)),
+      edge((3,0.5), (4, 0)),
+      edge((3,-0.5), (4, 0)),
+      )
+    )
+
+=== IEC 61131-3: Kontaktplan
+
+#render(```
+--| |-- Kontakt
+
+--|/|-- negierter Kontakt vgl. Öffner
+   
+--( )-- Spule vgl. Relais
+```)
+
+SPS-Programmiersprachen: FBS, KOP, ST, AS, CFC
+
+IEC 61131 Objektorientierung
+
+#pagebreak()
+
+== Automatisierungsarchitekturen
+
+#table(
+  columns: (3cm, 4cm, auto),
+  table.header([], [*Zentrale Automatisierung*], [*Dezentrale Automatisierung*]),
+  [Implementierung], [
+    wenige Componenten zB SPS für gesamte Anlage.
+  ], [
+    Verteilte Steuerung (SPS) für dedizierte
+    Anlagenteile. Übergeordnete Orchestrierung notwendig order direkte
+    Kommunikation der Modulsteuerungen untereinander. 
+  ],
+  [Einsatzgebiet], [
+    Zugeschnitten. Statischer Aufbau mit Single-Use
+  ], [
+    Aufteilung von Aufgaben/Funktionen. Reduktion der Komplexität der
+    Steuerungskonfiguration. Zusätzlicher Aufwand zur Kommunikation. Hohe
+    Zuverlässigkeit. Schnelle Wartung. Lastverteilung.  
+  ]
+)
+
+*Zuverlässigkeit*: Wahrscheinlichkeit dass System Funktion erfüllt \
+*Ausfall*: Übergang von funktionsfähig zu fehlerhaft \
+*Fehler*: Zustand bei nichterfüllung mindestens einer Anforderung
+
+
+*MooN*: M von N Komponenten müssen funktionieren, um Sicherheit zu gewährleisten. 
+
+== Hardware-Redundanz - Doppelstrukturen
+
+- Zwei Rechner müssen dass selbe Ergebnis berechnen damit fehlerfrei (2oo2)
+- Zwei Rechner mit Watchdog. Wenn Rechner 1 fehlerhaft, schalte zu Rechner 2,
+  falls auch fehlerhaft: Alarm! (1oo2)
+- Zwei Rechner mit Watchdog und Lastverteilung. Rechner 2 berechnet normal
+  weniger wichtige Dinge. (1oo2)
+
+== Fehleridentifikation
+
+- Sensoren zur Fehlererkennung
+- Unlogische Zustände
+- Keine Antwort von Sensor (Timeout)
+
+== IEC 62061 Zuverlässigkeit (Werte von 1 bis 5)
+
+- Schwere der Verletzung ($S in [1 hat(=) "Erste Hilfe",4 hat(=) "Tod"]$)
+- Häufigkeit und Dauer der Gefährdungsposition ($F in [1 hat(=) "< 1 pro Jahr",
+  5 hat(=) >= "1 pro h"]$)
+- Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines gefahrbringenden Ereignisses ($W in [1
+  hat(=) "vernachlässigbar", 5 hat(=) "sehr hoch"]$)
+- Möglichkeit zur Vermeidung oder Begrenzung des Schadens ($P in [1 hat(=)
+  "wahrscheinlich", 5 hat(=) "unmöglich"]$)
+
+  #image(height: 5.5cm, "assets/sil.png")